CN111284042A - 纤维增强热塑性树脂复合带材的生产设备及生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纤维增强热塑性树脂复合带材的生产设备及生产工艺。生产设备包括纤维供给单元、预处理单元、覆膜单元和复合单元。纤维供给单元用于存放纤维；预处理单元位于纤维供给单元的下游并构造为从纤维供给单元接收纤维，预处理单元包括震荡装置，震荡装置包括至少一个震荡辊，震荡辊能进行横向震荡，以使得纤维分散为单丝；覆膜单元位于预处理单元的下游，覆膜单元用于将热塑性薄膜覆盖至纤维的上方和下方；复合单元位于覆膜单元的下游，复合单元用于将热塑性薄膜和纤维压合成纤维增强热塑性树脂复合带材。根据本发明的生产设备，采用将薄膜与纤维热压的方式制备复合带材，有纤维分散性好的优点，且不易出现干纱、开裂以及糊料等缺陷。

Description

纤维增强热塑性树脂复合带材的生产设备及生产工艺

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体而言涉及一种纤维增强热塑性树脂复合带材的生产设备及生产工艺。

背景技术

目前，采用纤维与热塑性树脂复合制成的纤维增强带材已广泛应用于汽车、管道、集装箱、建材等领域。该复合带材不仅具有较高的强度，同时具有重量轻、可回收利用等优点。

但目前此类材料大多采用熔融树脂与纤维浸渍复合的方法制备。目前行业内常见的熔融浸渍法生产工艺中，由于树脂料需完全熔融，且为保证树脂料的低粘度状态，加热温度较高，且复合模具内纤维浸渍情况较难控制，因此复合带材较易出现干纱、开裂、糊料等质量缺陷。

此外，熔融维浸法还存在纤维分散性欠佳的缺陷。如图1所示的复合带材采用上述熔融浸渍法制备，纤维1集中在带材的上层，而带材的下层则则存在纤维1少，树脂2多的现象。

为此，本发明提供了一种纤维增强热塑性树脂复合带材的生产设备及生产工艺，用以至少部分地解决现有技术中的问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为至少部分地解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种纤维增强热塑性树脂复合带材的生产设备，包括：

纤维供给单元，用于存放纤维；

预处理单元，所述预处理单元位于所述纤维供给单元的下游并构造为从所述纤维供给单元接收所述纤维，所述预处理单元包括震荡装置，所述震荡装置包括至少一个震荡辊，所述震荡辊能够进行横向震荡，以使得所述纤维分散为单丝并铺展为均一的纤维带；

覆膜单元，所述覆膜单元位于所述预处理单元的下游，所述覆膜单元用于将所述热塑性薄膜覆盖至所述纤维的上方和下方；以及

复合单元，所述复合单元位于所述覆膜单元的下游，所述复合单元用于将所述热塑性薄膜和所述纤维压合成所述纤维增强热塑性树脂复合带材。

根据本发明的生产设备，采用将热塑性薄膜与纤维热压的方式制备纤维增强热塑性树脂复合带材，具有纤维分散性好的优点；由于热塑性薄膜的加热温度较低，使得纤维增强热塑性树脂复合带材不易出现干纱、开裂以及糊料等缺陷；此外该设备还能够生产超薄复合带材。

进一步地，所述震荡装置还包括升温装置，所述升温装置位于所述震荡辊内部，所述升温装置用于加热所述震荡辊，以使得所述纤维上的上浆剂挥发。

进一步地，所述预处理单元还包括纱筘，所述纱筘位于所述震荡装置的上游，所述纱筘用于对所述纤维进行预分散。

进一步地，所述覆膜单元包括：

一对放卷架，所述放卷架上下设置，所述放卷架用于装载热塑性薄膜；

至少一个导向辊，所述导向辊位于一对所述放卷架之间，在所述生产设备运行时，所述纤维沿所述导向辊行进；以及

一对张紧装置，所述张紧装置位于所述放卷架的下游，且与所述放卷架相对应地上下设置，用于使覆盖至所述纤维的所述热塑性薄膜处于恒张力舒展状态。

进一步地，所述复合单元包括加热装置和热压辊，所述热压辊位于所述加热装置的下游，所述加热装置用于加热所述热塑性薄膜，所述热压辊用于将被加热的所述热塑性薄膜和所述纤维压合在一起，形成带材。

进一步地，所述复合单元还包括冷却装置和冷压辊，所述冷却装置位于所述热压辊的下游，所述冷压辊位于所述冷却装置的下游，所述冷却装置用于对所述带材进行冷却定型，所述冷压辊用于将定型的所述带材牵引出所述复合单元并进行冷压，形成所述纤维增强热塑性树脂复合带材。

进一步地，所述复合单元还包括展平辊，所述展平辊位于所述加热装置的上游，用于将所述纤维上下两侧的所述热塑性薄膜与所述纤维压平。

进一步地，所述生产设备还包括裁切装置，所述裁切装置位于所述复合单元的下游，用于将所述纤维增强热塑性树脂复合带材裁切成预定尺寸。

进一步地，所述生产设备还包括收卷装置，所述收卷装置位于所述裁切装置的下游，用于将预定尺寸的所述纤维增强热塑性树脂复合带材收束成卷状。

本发明的第二方面提供一种纤维增强热塑性树脂复合带材的生产工艺，所述生产工艺在上述第一方面中所述的生产设备上实施，所述生产工艺包括：

预处理步骤，将所述纤维预处理至预定的规格；

覆膜步骤，在所述纤维的上下两侧覆盖所述热塑性薄膜；

复合步骤，将所述热塑性薄膜和所述纤维复合为所述纤维增强热塑性树脂复合带材。

进一步地，所述预处理步骤包括：

穿纱，将所述纤维穿过纱筘进行预分散；

分散，震荡并加热所述纤维，以将所述纤维分散为单丝并铺展为均一的纤维带。

进一步地，所述覆膜步骤包括：

放卷，在所述纤维的上下两侧铺展所述热塑性薄膜；

张紧，将所述热塑性薄膜张紧，使所述热塑性薄膜保持舒展。

进一步地，所述复合步骤包括：

展平，将所述热塑性薄膜和所述纤维压平；

热压，将所述热塑性薄膜加热并与所述纤维压合在一起，形成带材；

冷压，将所述带材冷却定型，并牵引出复合单元，形成所述纤维增强热塑性树脂复合带材。

进一步地，所述生产工艺还包括裁切步骤：

将所述纤维增强热塑性树脂复合带材裁切为预定尺寸。

进一步地，所述生产工艺还包括收卷步骤：

将预定尺寸的所述纤维增强热塑性树脂复合带材收束成卷状。

根据本发明的生产工艺，采用将热塑性薄膜与纤维热压的方式制备纤维增强热塑性树脂复合带材，具有纤维分散性好、不易干纱、不易开裂以及不易糊料等优点。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1为现有技术的熔融浸渍法制备的复合带材的结构示意图；

图2为本发明的纤维增强热塑性树脂复合带材的生产设备的结构示意图；

图3为图2中的生产设备制备纤维增强热塑性树脂复合带材时的热塑性薄膜和纤维的位置示意图；

图4为图2中的生产设备制备的纤维增强热塑性树脂复合带材的结构示意图；

图5为图2中震荡装置的结构示意图；

图6为图5中震荡辊与支架组合的结构示意图；

图7为本发明的纤维增强热塑性树脂复合带材的生产工艺的流程示意图；以及

图8为图7中生产工艺的流程的详细示意图。

附图标记说明：

1：纤维 2：树脂 3：热塑性薄膜

100：生产设备 110：纱架 111：纱锭

120：覆膜单元 121：导向辊 122：放卷架

123：张紧装置 130：复合单元 131：加热装置

132：热压辊 133：冷却装置 134：冷压辊

135：展平辊 136：牵引带 140：预处理单元

141：震荡装置 142：震荡辊 143：纱筘

144：支架 145：震荡器 150：裁切装置

160：收卷装置 L1：纵向 L2：横向

200：纤维增强热塑性树脂复合带材

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的描述。显然，本发明实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟悉的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本发明的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本文中所使用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明目的，并非限制。

现在，将参照附图更详细地描述根据本发明的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。

下面将结合图2到图6对本发明第一方面的纤维增强热塑性树脂复合带材的生产设备，结合图7和图8对本发明第二方面的纤维增强热塑性树脂复合带材的生产工艺进行详细说明。

图2示出了本发明第一方面的纤维增强热塑性树脂复合带材的生产设备。该生产设备100包括纤维供给单元、预处理单元140、覆膜单元120以及复合单元130。

其中，纤维供给单元用于存放纤维1，纤维供给单元优选为纱架110，纱架110上放置多个纱锭111。

预处理单元140位于纤维供给单元的下游，且其构造为从纤维供给单元140接收纤维进行预处理。预处理单元140包括依次设置的纱筘143和震荡装置141。纤维1在牵引下先经过纱筘143进行预分散，再经过振荡装置141进行震荡。纱筘143可以根据需要进行更换。例如，可以根据所需纤维增强热塑性树脂复合带材200的纤维1的含量，选用不同规格的纱筘143。

震荡装置141包括至少一个震荡辊142，图示实施方式中，振荡装置具有5个震荡辊142。震荡辊142能够进行横向L2震荡，或者说震荡辊142能够在垂直于纤维1的行进方向(纵向L1)上进行震荡，以使得纤维1分散为单丝并铺展为均一的纤维带。

此外，纤维1上一般涂有上浆剂，而上浆剂的存在会造成纤维1之间具有结合力。为此，在震荡装置141中设置升温装置，该升温装置与加热辊连接，以发生热传导。在一种优选实施方式中该升温装置位于震荡辊的内部，以便于充分加热震荡辊。升温装置加热震荡辊142，使得上浆剂挥发，降低了纤维1间的结合力，进一步提高了分散性。为了提高热传导效率，升温装置可以设置在加热辊的内部。升温装置优选为热管。

震荡装置141的具体结构请参考图5和图6。震荡装置141内共设置有5组震荡辊142。该震荡辊142由支架144所支撑，使得5组震荡辊142在震荡装置141的高度方向上间隔参差排布，即相邻两个震荡辊142所处的高度不同。

优选地，支架144为气动支架，能够通过气压阀上下调节震荡辊142的高度，使得5组震荡辊142具有合适的高度间隔。由此，有利于改善纤维面张力，改善分散效果。

震荡装置141还包括震荡器145，其作为震荡辊142震荡的动力源。图示实施方式中，震荡器145连接在支架144和震荡辊142之间。

覆膜单元120位于预处理单元140的下游，用于将热塑性薄膜3覆盖至纤维1的上方和下方。复合单元130位于覆膜单元120的下游，用于将热塑性薄膜3和纤维1压合成纤维增强热塑性树脂复合带材200。

根据本发明的生产设备，采用将热塑性薄膜与纤维热压的方式制备纤维增强热塑性树脂复合带材，具有纤维分散性好的优点；由于热塑性薄膜的加热温度较低，使得纤维增强热塑性树脂复合带材不易出现干纱、开裂以及糊料等缺陷；此外该设备还能够生产超薄复合带材。

具体地，继续参考图2。覆膜单元120包括一对放卷架122、一对张紧装置123以及至少一个导向辊121。一对放卷架122采用上下设置的方式设置在纤维1行进方向的两侧。导向辊121位于两个放卷架122之间，在生产设备100运行时，纤维1沿导向辊121行进。放卷架122上装载有热塑性薄膜3，在生产设备100运行时，放卷架122释放热塑性薄膜3，使得热塑性薄膜3覆盖在纤维1的上表面和下表面。

张紧装置123位于放卷架122的下游，且与放卷架122相对应地上下设置，用于使覆盖至纤维1的热塑性薄膜3处于舒展状态。张紧装置123优选为导辊，热塑性薄膜3先经过该导辊后再覆盖在纤维1的上下表面，该导辊为热塑性薄膜3持续提供张紧力，使得热塑性薄膜3始终处于恒张力的充分舒展地状态。

复合单元130依次包括展平辊135、加热装置131、热压辊132、冷却装置133和冷压辊134。其中，展平辊135、热压辊132与冷压辊134均具有上下设置的两个辊轴，并且展平辊135的两个辊轴前后间隔设置。

复合单元130还包括两个牵引带136，两个牵引带136也上下设置，并在展平辊135和热压辊132的作用下在复合单元130中沿相反的方向以相同的速度循环转动。图示实施方式中，上方的牵引带136逆时针转动，下方的牵引带136顺时针转动。

加热装置131、热压辊132以及冷却装置133均上下设置并将部分牵引带136夹在中间。当生产设备100运行时，热塑性薄膜3和纤维1在展平辊135的作用下形成类似图3所示的“三明治”结构，并且在两个牵引带136的夹持下进入加热装置131。加热装置131产生的热量通过牵引带136传递给热塑性薄膜3，热塑性薄膜3受热熔融后与纤维1随牵引带136经过热压辊132，经过热压辊132的挤压复合后，熔融的树脂2渗入纤维1之间的空隙，使得树脂2与纤维1充分浸润，形成类似图4中所示的带材。加热温度优选为180～210℃。该带材继续随牵引带136行进，进入冷却装置133后带材的热量经过牵引带136传递至冷却装置133，树脂2降温固化，该带材冷却定型后成为纤维增强热塑性树脂复合带材200。冷却温度优选为0～30℃。

牵引带136优选为钢带或皮带。牵引带136的表面优选经过低表面能物质修饰，以防止牵引带136与熔融的树脂2发生粘连。牵引带136、展平辊135、热压辊132以及冷压辊134均能对带材提供牵引力。冷压辊134除了提供牵引力的作用外，还能够对纤维增强热塑性树脂复合带材200进行冷压，以消除应力，防止发生形变。

加热装置131可以采用电加热或油加热等方式，加热温度较熔融浸渍法中的加热温度低，不必使热塑性薄膜3完全熔融。

热塑性薄膜3的材质可以为聚乙烯、聚丙烯、尼龙或聚酰胺等。纤维1的种类可以是玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维或玄武岩纤维等。纤维1优选为单向排布的连续纤维。

此外，本发明的纤维增强热塑性树脂复合带材的生产设备100还包括裁切装置150和收卷装置160。裁切装置150位于复合单元130的下游，用于将纤维增强热塑性树脂复合带材200裁切成预定尺寸，同时切去纤维增强热塑性树脂复合带材200边缘的纤维分散不均处。

收卷装置160位于裁切装置150的下游，用于将预定尺寸的纤维增强热塑性树脂复合带材200收束成卷状。其中，裁切装置150具有能够对纤维增强热塑性树脂复合带材200起到牵引作用的牵引辊。收卷装置160能够利用其自身的收卷动作对纤维增强热塑性树脂复合带材200产生牵引力。

本发明的纤维增强热塑性树脂复合带材的生产设备能够用于制造超薄带材，例如可以将极薄的热塑性薄膜复合在单层纤维上，得到超薄带材。示例性地，该设备能够生产不小于0.1mm厚的复合带材，例如0.14mm厚的复合带材。

下面请参考图7，本发明的第二方面提供一种纤维增强热塑性树脂复合带材的生产工艺，该生产工艺在上述第一方面中的生产设备100上实施，生产工艺包括：

S1：预处理步骤，将纤维1预处理至预定的规格。

S2：覆膜步骤，在纤维1的上下两侧覆盖热塑性薄膜3。

S3：复合步骤，将热塑性薄膜3和纤维1复合为纤维增强热塑性树脂复合带材200。

具体地，参考图8。

预处理步骤S1进一步包括：

S11：穿纱，将纤维1穿过纱筘143进行预分散。纱筘143将纤维1分散为具有与纱筘143的规格相适应的排布密度。

S12：分散，震荡并加热纤维1，以去除纤维1上的上浆剂，并将纤维1铺展成单丝并铺展为均一的纤维带。

覆膜步骤S2进一步包括：

S21：放卷，在纤维1的上下两侧铺展热塑性薄膜3。

S22：张紧，将热塑性薄膜3张紧，使热塑性薄膜3保持舒展。避免热塑性薄膜3出现褶皱，防止纤维增强热塑性树脂复合带材200的厚度出现不均匀。

复合步骤S3进一步包括：

S31：展平，将热塑性薄膜3和纤维1压平。使得热塑性薄膜3和纤维1组成类似图3所示的“三明治结构”。

S32：热压，将热塑性薄膜3加热并与纤维1压合在一起，形成带材。

S33：冷压，将经过热压的带材冷却定型，并牵引出复合单元130，形成纤维增强热塑性树脂复合带材200。

此外，生产工艺还包括：

S4：裁切步骤，将纤维增强热塑性树脂复合带材200裁切为预定尺寸并切去边缘的纤维不均处。

S5：收卷步骤，将预定尺寸的纤维增强热塑性树脂复合带材200收束成卷状。

根据本发明的生产工艺，采用将热塑性薄膜与纤维热压的方式制备纤维增强热塑性树脂复合带材，具有纤维分散性好、不易干纱、不易开裂以及不易糊料等优点。

除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本发明。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (15)

1.一种纤维增强热塑性树脂复合带材的生产设备，其特征在于，包括：

纤维供给单元，用于存放纤维；

预处理单元，所述预处理单元位于所述纤维供给单元的下游并构造为从所述纤维供给单元接收所述纤维，所述预处理单元包括震荡装置，所述震荡装置包括至少一个震荡辊，所述震荡辊能够进行横向震荡，以使得所述纤维分散为单丝并铺展为均一的纤维带；

覆膜单元，所述覆膜单元位于所述预处理单元的下游，所述覆膜单元用于将所述热塑性薄膜覆盖至所述纤维的上方和下方；以及

复合单元，所述复合单元位于所述覆膜单元的下游，所述复合单元用于将所述热塑性薄膜和所述纤维压合成所述纤维增强热塑性树脂复合带材。

2.根据权利要求1所述的生产设备，其特征在于，所述震荡装置还包括升温装置，所述升温装置位于所述震荡辊内部，所述升温装置用于加热所述震荡辊，以使得所述纤维上的上浆剂挥发。

3.根据权利要求1所述的生产设备，其特征在于，所述预处理单元还包括纱筘，所述纱筘位于所述震荡装置的上游，所述纱筘用于对所述纤维进行预分散。

4.根据权利要求1所述的生产设备，其特征在于，所述覆膜单元包括：

一对放卷架，所述放卷架上下设置，所述放卷架用于装载热塑性薄膜；

至少一个导向辊，所述导向辊位于一对所述放卷架之间，在所述生产设备运行时，所述纤维沿所述导向辊行进；以及

一对张紧装置，所述张紧装置位于所述放卷架的下游，且与所述放卷架相对应地上下设置，用于使覆盖至所述纤维的所述热塑性薄膜处于恒张力舒展状态。

5.根据权利要求1所述的生产设备，其特征在于，所述复合单元包括加热装置和热压辊，所述热压辊位于所述加热装置的下游，所述加热装置用于加热所述热塑性薄膜，所述热压辊用于将被加热的所述热塑性薄膜和所述纤维压合在一起，形成带材。

6.根据权利要求5所述的生产设备，其特征在于，所述复合单元还包括冷却装置和冷压辊，所述冷却装置位于所述热压辊的下游，所述冷压辊位于所述冷却装置的下游，所述冷却装置用于对所述带材进行冷却定型，所述冷压辊用于将定型的所述带材牵引出所述复合单元并进行冷压，形成所述纤维增强热塑性树脂复合带材。

7.根据权利要求5所述的生产设备，其特征在于，所述复合单元还包括展平辊，所述展平辊位于所述加热装置的上游，用于将所述纤维上下两侧的所述热塑性薄膜与所述纤维压平。

8.根据权利要求1所述的生产设备，其特征在于，所述生产设备还包括裁切装置，所述裁切装置位于所述复合单元的下游，用于将所述纤维增强热塑性树脂复合带材裁切成预定尺寸。

9.根据权利要求8所述的生产设备，其特征在于，所述生产设备还包括收卷装置，所述收卷装置位于所述裁切装置的下游，用于将预定尺寸的所述纤维增强热塑性树脂复合带材收束成卷状。

10.一种纤维增强热塑性树脂复合带材的生产工艺，其特征在于，所述生产工艺在权利要求1-9中任意一项所述的生产设备上实施，所述生产工艺包括：

预处理步骤，将所述纤维预处理至预定的规格；

覆膜步骤，在所述纤维的上下两侧覆盖所述热塑性薄膜；

复合步骤，将所述热塑性薄膜和所述纤维复合为所述纤维增强热塑性树脂复合带材。

11.根据权利要求10所述的生产工艺，其特征在于，所述预处理步骤包括：

穿纱，将所述纤维穿过纱筘进行预分散；

分散，震荡并加热所述纤维，以将所述纤维分散为单丝并铺展为均一的纤维带。

12.根据权利要求10所述的生产工艺，其特征在于，所述覆膜步骤包括：

放卷，在所述纤维的上下两侧铺展所述热塑性薄膜；

张紧，将所述热塑性薄膜张紧，使所述热塑性薄膜保持舒展。

13.根据权利要求10所述的生产工艺，其特征在于，所述复合步骤包括：

展平，将所述热塑性薄膜和所述纤维压平；

热压，将所述热塑性薄膜加热并与所述纤维压合在一起，形成带材；

冷压，将所述带材冷却定型，并牵引出复合单元，形成所述纤维增强热塑性树脂复合带材。

14.根据权利要求10所述的生产工艺，其特征在于，所述生产工艺还包括裁切步骤：

将所述纤维增强热塑性树脂复合带材裁切为预定尺寸。

15.根据权利要求14所述的生产工艺，其特征在于，所述生产工艺还包括收卷步骤：

将预定尺寸的所述纤维增强热塑性树脂复合带材收束成卷状。

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